REDES DE ACESSO
PARTE E - REDES DE ACESSO EM FIBRA ÓPTICA
Mário Serafim Nunes
IST, Março 2005
1
INTRODUÇÃO
2
2
REDE DE DISTRIBUIÇÃO ÓPTICA
2
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7
2.8
2.9
3
Introdução
Definição de arquitecturas ODN
Funções da ODN
Gamas de comprimentos de onda
Especificação do caminho óptico
Especificação de perdas
Componentes ópticos passivos
Arquitecturas da rede de acesso óptica
Rede Óptica Passiva (PON)
REDE ÓPTICA PASSIVA ATM (APON)
3.1 Configuração de Referência
3.2 Blocos funcionais
3.2.1
Optical Line Termination (OLT)
3.2.2
Optical Network Unit (ONU)
3.2.3
Optical Line Termination (OLT)
3.2.4
Optical Distribution Network (ODN)
3.3 Estrutura de protocolos da APON
3.3.1
Camada dependente do meio físico ATM-PON
3.4 Camada Convergência de Transmissão para ATM-PON
3.4.1
Estrutura da trama TC
3.4.2
Downstream PLOAM structure
3.4.3
Upstream PLOAM structure
3.4.4
Protocolo MAC
3.4.5
Funçôes TC específicas de ATM
3.5 Arquitectura funcional de alternativas para evolução da ODN
3.6 Evolução de OAN baseada em sistemas de transmissão HFC
3.6.1
Sistema de distribuição HFC unidireccional
3.6.2
Sistema HFC MPEG-2 bidireccional
3.6.3
Sistema HFC baseado em ATM
3.6.4
Sistemas overlay HFC e FTTB/C
2
3
5
5
6
7
7
8
9
10
10
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11
11
12
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20
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22
22
23
23
24
4
REFERÊNCIAS
25
5
ACRÓNIMOS
26
1 Introdução
A utilização de fibra óptica possibilita uma solução definitiva para as redes de acesso domésticas devido aos
elevados débitos que permite, muito superiores a quaisquer outros meios. O principal motivo pelo qual esta
tecnologia não está ainda muito difundida está relacionado com os elevados custos da instalação e manutenção dos
sistemas ópticos convencionais.
Existem vários organismos de normalização envolvidos na especificação de diferentes soluções de redes de acesso
totalmente em fibra ou em combinação com outras tecnologias.
O ETSI definiu especificações de redes de distribuição óptica e redes ópticas passivas. O ITU definiu igualmente
recomendações em redes de acesso ópticas. A organização FSAN, constituída por operadores de telecomunicações,
esteve igualmente envolvida na especificação de redes ópticas.
2 Rede de Distribuição Óptica
2.1 Introdução
O ETSI definiu em 1997 na ETS 300 681, “Optical Distribution Network (ODN) for Optical Access Network
(OAN)” [1] a rede de distribuição óptica (ODN), que é parte da rede de acesso óptica (OAN).
R/S
Om
S/R
ONU1
Or
OLT
ODN
:
Oi
R/S
ONUn
Uma ou mais fibras
Or
Fibra(s) de protecção
R, S: pontos de referência Or , Om , Oi : interfaces ópticas
Figura 1 - Configuração física genérica da ODN
Tal como se pode observar na Figura 1, a ODN está localizada entre as ONU (Optical Network Unit) e a OLT
(Optical Line Termination).
Em geral a ODN proporciona o meio de transmissão óptico para a conexão física das ONUs às OLT. A ODN
consiste dos seguintes componentes ópticos passivos:
- fibras mono-modo
- cabos de fibras mono-modo
- conectores ópticos
- dispositivos ópticos de ramificação (branching)
- atenuadores ópticos fixos
- junções de fusão (fusion splices)
- filtros ópticos
- dispositivos WDM
- amplificadores ópticos
Redes de Acesso: Parte E – Redes de Acesso em Fibra Óptica, IST, Março 2005
2
Dependendo da realização física da ODN, os pontos S e R em cada extremidade da ODN podem estar localizados
na mesma fibra (coincidem) ou em fibras separadas.
A ODN oferece um ou mais caminhos ópticos entre uma OLT e uma ou mais ÓNUS. Cada caminho óptico é
definido entre os pontos de referência S e R numa janela de comprimento de onde específica. Na figura 1 estão
definidas as seguintes interfaces ópticas:
Or:
interface óptica no ponto de referência R/S entre a ONU e a ODN;
Ol:
interface óptica no ponto de referência S/R entre a OLT e a ODN;
Om:
interface óptica entre os equipamentos de teste/monitorização e a ODN.
As propriedades ópticas da ODN deverão permitir fornecer qualquer tipo de serviço futuro, sem modificações
significativas. Este requisito tem um impacto importante nas propriedades dos componentes ópticos passivos que
constituem a ODN. Os requisitos essenciais da ODN são os seguintes:
- transparência de comprimento de onda óptico: dispositivos, tais como ramificadores ópticos (optical
branching) que não têm funções selectivas em comprimento de onda, deverão suportar a transmissão de
sinais em qualquer comprimento de onda nas regiões 1310 nm e 1550 nm;
- reciprocidade: a inversão dos portos de entrada e saída não deve causar alterações significativas nas
perdas ópticas através dos dispositivos;
- compatibilidade de fibra: todos os componentes ópticos deverão ser compatíveis com fibra mono-modo
como especificado em EN 188101.
As duas direcções de transmissão óptica na ODN são identificadas em seguida:
downstream: direcção dos sinais viajando da OLT para a ONU(s);
upstream: direcção dos sinais viajando da ONU(s) para a OLT.
A transmissão nas direcções downstream e upstream pode ter lugar na mesma fibra e componentes (duplex/diplex)
ou em fibras e componentes separados (simplex):
- Duplex refere-se ao uso dos mesmos comprimentos de onda em ambas as direcções de transmissão sobre
uma fibra única;
- Diplex refere-se ao uso de diferentes comprimentos de onda para cada direcção de transmissão sobre uma
única fibra.
- Simplex refere-se ao uso de uma fibra diferente para cada direcção de transmissão.
2.2 Definição de arquitecturas ODN
A conexão física da OLT e ONUs à ODN é feita via uma ou duas fibras, dependendo do esquema de transmissão
bidireccional adoptado (duplex, diplex or simplex). É permitido o uso de um número maior de fibras para fins de
ampliação ou de protecção.
A configuração da ODN deve ser ponto-multiponto, onde um número de ONUs são conectadas à OLT via a ODN.
Assim a partilha pelas ONUs do meio óptico e dos dispositivos optoelectrónicos da OLT é conseguido.
Podem ser definidas duas arquitecturas básicas ponto-multiponto para a ODN: estrela e bus.
Na figura 2 é mostrado um exemplo de uma arquitectura em árvore. São utilizados ramificadores ópticos e cascata
para repartir o sinal downstream e para combinar os sinais upstream. Os ramificadores ópticos são geralmente do
tipo 1:n.
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3
OBD – Repartidor óptico
Figura 2 - Exemplo de arquitectura ODN em estrela
Par atingir um desempenho e fiabilidade elevados da rede (p. ex. entrada de sinais adicionais, pontos de aceso para
teste e monitorização, protecção da rede por meio de diversidade de caminhos, etc.) podem ser usados ramificadores
ópticos do tipo h:n, em que 1 < h ≤ n.
Em geral os ramificadores ópticos usados na arquitectura em árvore são dispositivos equilibrados, isto é, as perdas
ópticas de uma porta de entrada para qualquer porta de saída é nominalmente a mesma para qualquer delas. Este
requisito é importante para permitir definir regras simples de cálculo de orçamento de potência e de projecto geral
de rede.
Nesta norma (ETS) a configuração ponto-a-ponto, onde a ONU é conectada à OLT via ODN, é considerada como
um caso particular da implementação ponto-multiponto. Neste caso não há ramificadores ópticos na ODN e um link
óptico dedicado, consistindo de uma ou mais fibras, conecta cada ONU à OLT (figura 3). Esta configuração é
chamada arquitectura em estrela simples, permitindo que o comprimento máximo da fibra entre a OLT e a ONU
seja maior do que a da configuração ponto-multiponto.
Figura 3 - Exemplo de arquitectura ODN em estrela simples
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4
A arquitectura em bus com utilização de ramificadores ópticos não equilibrados é mostrada na figura 4. O bus pode
terminar na última ONU conectada, ou ser “fechada” sobre a própria OLT (por exemplo para fins de protecção ou
monitorização). Os ramificadores ópticos não equilibrados são empregues para recolher do bus óptico o sinal
transmitido pelo OLT, e para inserir no bus o sinal transmitido pelo OLT, e para inserir no bus o sinal transmitido
por cada ONU. Os ramificadores ópticos não equilibrados introduzem uma pequena perda no bus, e
consequentemente retiram do bus uma pequena quantidade de potência. A relação de repartição é determinada por
requisitos específicos da arquitectura, tais como o número máximo de ONUs e a potência óptica mínima requerida à
entrada de cada ONU.
Figura 4 - Exemplo de arquitectura ODN em Bus
2.3 Funções da ODN
São identificadas as seguintes funções são para o ODN:
a) Conexão óptica directa: O ODN fornecerá facilidades para a troca directa dos sinais ópticos entre a OLT e o
ONU. Esta função não se aplica ao ponto à configuração ODN ponto-a-ponto, pois esta não contém ramificadores
ópticos.
b) Repartição/combinação (Splitting/combining) óptico: A repartição é executada nos sinais downstream e
combinada nos sinais upstream, por meio dos ramificadores ópticos.
c) Potencialidade de transporte óptico multi-wavelength: O ODN permitirá a transmissão simultânea na mesma
fibra de sinais com diferentes comprimentos de onda, quer na direcção downstream quer upstream.
d) Pontos de monitorização ópticos: A localização dos pontos de acesso para teste e monitorização óptica de
ODN e as medidas realizadas no ODN, não deverão degradar a operação da ligação do acesso. Os pontos de acesso
devem ser fornecidos no OAN. Os pontos de acesso podem ser localizados no OLT, nas ONUs ou pontos
intermediários no ODN. Nos pontos de acesso equipamento de teste óptico tal como OTDRs (Optical Time Domain
Reflectometers) e medidores ópticos de potência podem ser conectados. As medidas de potência podem ser
realizadas em terminações da fibra ou ao longo da fibra usando o equipamento de medição apropriado.
e) Interface ópticas: O ODN fornecerá funções físicas da interface para a conexão óptica ao OLT e ONUs.
2.4 Gamas de comprimentos de onda
Os comprimentos de onda usados no ODN estarão em 1310 nm (na 2ª janela) e em 1550 nm (3ª janela). São
apresentadas na tabela seguinte algumas possibilidades para a atribuição do comprimento de onda para serviços
interactivos.
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5
Tabela 1- Comprimentos de onda para serviços interactivos.
Esquema de Número de Comprimento de onda Técnica de Futuras
transmissão
transmissão
Fibras
Implementações
bidireccional
Simplex
1 310 nm upstream;
2
Duplex
1
SDM
1 310 nm down
1 310 nm upstream;
FDM/TCM
1 310 nm down
Diplex
1
1 310 nm upstream;
1 550 nm down
WDM
1 310 nm upstream;
1 310 nm downstream
2.5 Especificação do caminho óptico
A ODN é constituída por P níveis de repartição, embora tipicamente se adoptem apenas um ou dois níveis. Na ODN
podem ser identificados vários caminhos ópticos, em que cada caminho óptico conecta uma ONU específica ao
OLT.
O caminho óptico entre a OLT e a ONU, ou mais geralmente, entre os pontos de referência S/R e R/S, é formado
por uma cascata de P elementos de caminhos ópticos.
Na figura 5, que dá a uma representação esquemática do caminho óptico downstream entre a OLT e um ONU
específico, ou mais geralmente entre os pontos de referência S/R e R/S, o nível de repartição P-th é mostrado como
uma cascata de P elementos de caminhos ópticos.
Figura 5 - Esquema de caminhos ópticos entre a OLT e a ONU
O (j)-th elemento de caminho óptico consiste de fibra óptica de comprimento Lj e dos seguintes componentes
ópticos passivos (a sequência de componentes em cada elemento do caminho é arbitrária):
- (j)-th ramificador óptico com rácio de repartição hj:nj (hj ≥ 1, nj ≥ 1);
- kj conectores, com kj ≥ 0;
-mj splices
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6
2.6 Especificação de perdas
O nível de perdas para o orçamento de potência óptica é definida como as perdas, em dB, entre pontos de referência,
no S/R e no R/S do ODN. Isto inclui a perda devido ao comprimento da fibra e aos componentes ópticos passivos
(por exemplo ramificadores, splices e conectores ópticos). O nível de perdas tem o mesmo valor na direcção
downstream e upstream.
A perda óptica de um caminho óptico da ODN é calculada adicionando as perdas de todos os ópticos dos
componentes ao longo do caminho óptico.
Será usada uma abordagem estatística para a soma de perdas, a fim evitar uma sobre-especificação do ODN. A
distribuição estatístico da perda total do caminho óptico será obtida combinando as distribuições estatísticas das
perdas dos vários componentes do caminho óptico.
Os casos piores e melhores das perdas do caminho óptico são calculados, respectivamente, subtraindo ou
adicionando ao valor médio do distribuição resultante, um valor igual a três vezes o desvio padrão. No caso de ser
usada uma distribuição gaussiana de perdas de todos os componentes envolvidos, a distribuição estatístico global de
perdas do caminho total não necessita de ser calculado e a configuração, sendo o caso pior e melhor do caminho
óptico calculada directamente como se indica:
- m = número de splices;
- k = número de conectores;
- L = tamanho da fibra (km);
- b = número de ramificadores ópticos;
-S m = perda média de splice (dB);
-C m = perda média de conector (dB);
-F m = perda média de fibra (dB/km);
-B m = perda média de ramificador óptico (dB);
-M m = perda média de dispositivo diverso (dB);
-S s = desvio padrão de perdas de splice (dB);
-C s = desvio padrão de perdas de connector (dB);
-F s = desvio padrão de perdas de fibra (dB/km);
-B s = desvio padrão de perdas de repartidor óptico (dB);
-M s = desvio padrão de perdas de dispositivo diverso (dB) .
A fim de limitar o número de diferentes implementações possíveis, são especificadas três classes para as perdas dos
caminhos ópticos, indicadas na tabela seguinte.
Tabela 2 – Classes de perdas
Classe A
Classe B
Classe C
Perda mínima (dB)
5
10
15
Perda máxima (dB)
20
25
30
2.7 Componentes ópticos passivos
A atenuação na fibra é especificada em EN 188101 para as regiões de 1550 nm e 1310 nm. Para fibra óptica em
cabos os coeficientes de atenuação são especificados em EN 187101 e em EN 187102. O atraso de transmissão
óptica na fibra é de aproximadamente 5 ns/m.
Redes de Acesso: Parte E – Redes de Acesso em Fibra Óptica, IST, Março 2005
7
As características dos ramificadores ópticos para dupla janela e rácio de repartição h:n estão em estudo. De igual
modo estão em estudo as características dos splices e atenuadores. As especificações dos conectores estão definidas
em ETS 300 671.
2.8 Arquitecturas da rede de acesso óptica
A parte óptica de uma Rede de Acesso pode ter três tipos de arquitectura:
- ponto-a-ponto
- ponto a multiponto passiva
- ponto a multiponto activa
A Figura 7 mostra diferentes arquitecturas alternativas de acordo com a extensão da fibra na rede de acesso:
- Fibre to the Home (FTTH)
- Fibre to the Building/Curb (FTTB/C)
- Fibre to the Cabinet (FTTCab).
FTTH
Fibra
ONT
FTTB/C
NT
Meio
cobre
OLT
Fibra
ONU
FTTCab
NT
Meio
cobre
ONU
Fibra
CPN
Figura 6 - Arquitecturas de rede de acesso óptica (OAN)
As opcões de rede FTTB/C e FTTCab diferem apenas na implementação no terreno, pelo que serão analisadas
conjuntamente.
No cenário FTTCab/C/B são consideradas as seguintes categorias de serviços:
Serviços de banda larga assimétricos (p.ex. VoD, acesso Internet de banda larga, ensino a distância,
telemedicina)
Serviços de banda larga simétricos (p.ex. serviços de telecomunicações para pequenas empresas,
teleconsultoria)
PSTN e ISDN. A rede de acesso deverá permitir serviços telefónicos de modo flexível, apropriados à
implementação.
No cenário FTTH os serviços são semelhantes aos do cenário anterior, tendo este cenário as seguintes vantagens:
Podem-se instalar ONU interiores, com vantagens ambientais
Não é necessário mudar as ONU intermédias para melhorar a rede de acesso de modo a permitir a evolução
dos serviços de banda larga e multimédia
A manutenção é mais fácil, uma vez que os sistemas de fibra são mais fiáveis que os sistemas híbridos
fibra-metálicos
FTTH potencia o desenvolvimento de tecnologias opto-electrónicas e a sua redução de preço devido ao
aumento do volume de produção.
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8
A exploração integral destes factores permitirá compensar os custos por linha mais elevados do FTTH, permitindo
encará-lo como uma opção viável no curto/médio prazo.
Na figura seguinte mostram-se as várias configurações de FTTx de acordo com o grupo Full Services Access
Networks (FSAN).
Figura 7 – Conceito de FTTx segundo o grupo FSAN
2.9 Rede Óptica Passiva (PON)
Para viabilizar a utilização de fibra na rede de acesso, foi desenvolvido uma configuração denominada “Passive
Optical Network” (PON). Em sistemas PON todos os elementos activos entre o provedor de serviço e o utilizador
são eliminados ganhando em simplicidade, fiabilidade, custo de operação e manutenção.
Neste sistema, vários utilizadores partilham a mesma fibra. A largura de banda pode assim ser atribuída conforme
necessário para cada utilizador. Um protocolo eficiente pode tornar o sistema mais rentável ao utilizar ao máximo os
recursos disponíveis.
Há actualmente duas tecnologias principais de suporte a PONs:
Rede Óptica Passiva baseada em ATM (APON)
Rede Óptica Passiva baseada em Ehernet (EPON)
No capítulo seguinte será analisada em detalhe a arquitectura da APON.
Redes de Acesso: Parte E – Redes de Acesso em Fibra Óptica, IST, Março 2005
9
3 Rede Óptica Passiva ATM (APON)
O ETSI definiu na TS 101 272, ”ATM Passive Optical Networks (PONs) and the transport of ATM over digital
subscriber lines” [2], uma especificação detalhada de uma rede óptica passiva (PON) baseada em tecnologia ATM e
numa técnica de acesso múltiplo TDMA.
Este sistema é aplicável a diferentes arquitecturas de rede, nomeadamente Fibre to the Cabinet (FTTCab) e Fibre to
the Home (FTTH).
São igualmente identificados cenários evolutivos híbridos, nomeadamente redes Hybrid fibra óptica - Twisted Pair
(HFTP) e Hybrid fibra óptica - Coaxial (HFC).
A figura 8 apresenta uma segmentação usual da rede de acesso óptica, incluindo uma parte óptica (ODN) ligada ao
Core e uma parte ligada ao cliente que pode ter diferentes meios de transmissão, nomeadamente par entrançado,
cabo coaxial ou rádio.
T
CPN
V
NT
Drop
Medium
ONU
Optical
Distribution
Network
OLT
Core
Network
Figura 8 - Segmentação da rede de acesso óptica (OAN) segundo o ETSI
3.1 Configuração de Referência
A configuração de referência da APON definida na G.983-1 é mostrada na figura seguinte. A ODN oferece um ou
mais caminhos ópticos entre uma OLT e uma ou mais ONUs. Cada caminho óptico é definido entre os pontos de
referência S e R numa janela de comprimento de onda especificado.
AF: Adaptation Function
Figura 9 - Configuração de Referência para uma PON baseada em ATM
Este sistema consiste de Optical Line Terminal (OLT), Optical Network Unit (ONU) e cabo de fibra com
configuração de Passive Optical Network (PON). Uma fibra é dividida passivamente por múltiplas ONUs, as quais
partilham a capacidade de uma fibra. Devido à divisão passiva, são necessárias acções especiais para garantir
privacidade e segurança. Para além disso, na direcção upstream é necessário um protocolo de acesso ao meio
(Medium Access Control - MAC) para evitar colisões nos dados upstream.
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10
3.2 Blocos funcionais
3.2.1
Optical Line Termination (OLT)
A terminação óptica da linha (OLT) está entre a interface SNI dos Nós de Serviço e a PON. O OLT é responsável
para gerir todos os aspectos específicos do sistema do transporte ATM da PON e, juntamente com a ONU, é
responsável para providenciar o serviço de transporte ATM transparente entre as UNIs e o SNI sobre o PON.
3.2.2
Optical Network Unit (ONU)
A unidade de rede óptica (ONU) fica situada entre a IF PON que liga à OLT e a UNI. Juntamente com a OLT, a
ONU é responsável para fornecer o serviço transparente de transporte ATM entre a UNI e o SNI. Nesta
arquitectura, os protocolos de transporte ATM na IF PON consistem na camada física dependente do meio (PMD),
na camada da convergência de transmissão (TC) e na camada ATM. Esta arquitectura só se refere ao transporte de
ATM. Para detalhes adicionais consultar a recomendação I.732 de ITU-T.
A camada física dependente do meio inclui os esquemas da modulação para ambos os canais upstream e
downstream, que podem ser diferentes em cada sentido. A especificação permite definir mais de um tipo de camada
física dependente do meio em cada direcção. A camada da convergência de transmissão será responsável para
controlar o acesso distribuído ao recurso upstream da PON através de múltiplas ONUs. Este é um elemento chave
do protocolo e afectará directamente o QoS do ATM resultante.
Os protocolos ATM não deverão ser afectados pela sua operação sobre a PON. Em ambas a OLT e ONU, as
funções executadas na camada ATM incluem reencaminhamento de células.
A Figura 10 mostra um exemplo de uma ONU no caso de FTTH. A ONU é activa e separa a rede de acesso da rede
de distribuição doméstica. As funções de ONU incluem:
- interface da ODN;
- interface de serviço;
- multiplexing/demultiplexing de transmissão;
- multiplexing/demultiplexing de clientes e serviços
- fornecimento de energia.
Figura 10 - Exemplo de blocos funcionais de ONU
O módulo ODN interface function assegura o processo de conversão opto-electrónico. Este módulo extrai as
células ATM do canal PON downstream e introduz células ATM no canal ATM upstream, baseado na
sincronização adquirida do sincronismo de trama downstream.
Redes de Acesso: Parte E – Redes de Acesso em Fibra Óptica, IST, Março 2005
11
O módulo Transmission multiplex/demultiplexing (MUX) multiplexa o tráfego das interfaces de serviço para a
interface ODN. Só as células ATM válidas passam através do MUX. Deste modo muitos VPs pode compartilhar
eficazmente as larguras de banda upstream atribuídas a cada um.
O módulo Service Interface function implementa a interface UNI com um terminal ATM. Este módulo pode
assegurar a inserção de células ATM no canal usptream e a extração de células ATM do canal downstream.
3.2.3
Optical Line Termination (OLT)
O OLT é conectado às redes comutadas através de interfaces normalizadas (VB5.x, V5.x ). No lado de distribuição,
apresenta acessos ópticos de acordo com os requisitos acordados, em termos de débitos, orçamento de potência, etc.
A Figura 11 mostra um exemplo dos blocos funcionais de um OLT. O OLT inclui funções das interfaces tributárias,
das interfaces ODN e funções de multiplexing/demultiplexing para comutação de VPs. Esta função não
impossibilita funções ao nível de canais virtuais (VC) na OLT, que são contudo deixadas para estudo posterior.
Figura 11 - Exemplo de blocos funcionais de OLT
O módulo Tributary interface functions tem interface com um ou vários Nós de Serviço. Este módulo assegura a
inserção de células ATM no canal upstream SDH e na extracção de células ATM do canal downstream do SDH.
Este módulo ode ser duplicado no caso de ser necessário mecanismos de protecção de falhas.
O módulo de MUX fornece as conexões VP entre uma função de interface do tributário e a função de interface de
ODN. A informação de dados plano do utilizador, sinalização e fluxos de OAM é trocada usando VCs do VP.
O módulo ODN interface function assegura o processo de conversão opto-electrónica. Este módulo insere células
ATM no canal downstream da PON e extrai células ATM do canal upstream da PON.
3.2.4
Optical Distribution Network (ODN)
Em geral a ODN fornece os meios ópticos de transmissão para a conexão física das ONUs aos OLTs. As ODNs
individuais podem ser combinados e estendidas com a utilização de amplificadores ópticos (G.982).
A ODN pode incluir elementos ópticos passivos como:
- fibra óptica single-mode e cabos;
- fitas de fibra óptica e cabos de fita;
- conectores ópticos;
- ramificadores passivos;
- atenuadores ópticos passivos;
- junções (splices).
Redes de Acesso: Parte E – Redes de Acesso em Fibra Óptica, IST, Março 2005
12
A Figura 11 mostra a configuração física genérica da ODN.
Figura 12 - Configuração física genérica da ODN
As características básicas da ODN já foram apresentadas no capítulo 2, pelo que não são aqui detalhadas.
Relativamente à interfaces, a Figura 12 apenas detalha as interfaces nos sentidos upstream e downstream. (Oru , Ord ,
Olu , Old ).
3.3 Estrutura de protocolos da APON
O modelo da referência de protocolos da APON é dividido em camada Física e ATM, analogamente a G.902, I.326,
G.982. Um exemplo de camadas protocolares APON é na tabela seguinte. Na APON a camada Path corresponde ao
VP da camada do ATM. A camada Section é dividida em PON transmissão e em subcamadas de adaptação, que
correspondem ao sub-layer da convergência de transmissão do B-ISDN na recomendação I.321 de ITU-T. O
sublayer de PON transmissão termina a função requerida de transmissão no ODN. As funções específicas de PON
são terminadas pela subcamada de PON transmissão, não sendo vistas da subcamada de adaptação.
Tabela 3 - Estrutura de camadas da rede ATM-PON
Camada
(ATM VP)
Transmission
medium
Subcamada
Sub-subcamada
Path layer
Section layer
(Transmission
Convergence)
Funções
Ver I.732
Adaptation
Ver I.732
Ranging
PON transmission
Cell slot allocation
(“MAC”)
Bandwidth allocation
“
Privacy and security
Frame alignment
Burst synchronization
Bit/byte synchronization
Physical medium dependent
E/O adaptation
Wavelength division multiplexing
Fibre connection
Redes de Acesso: Parte E – Redes de Acesso em Fibra Óptica, IST, Março 2005
13
Analisamos em seguida as duas camadas básicas da APON, physical medium dependent e section layer.
3.3.1
Camada dependente do meio físico ATM-PON
O débito de transmissão na linha terá os seguintes valores nominais:
1: Simétrico, para FTTCab/C/B/H: - 155.52 Mbit/s,
2: Assimétrico, para FTTCab/C/B: - 155.52 Mbit/s upstream, 622.08 Mbit/s downstream.
Há 4 tipos do ONUs, que são distinguidos pelos débitos de 155.52 Mbit/s e 622.08 Mbit/s e pelas perdas ópticas do
caminho da classe B e classe C. Na secção óptica o objectivo de taxa de erro (Bit Error Ratio - BER) máximo é de 1
x 10–10 para o pior caso de dispersão e atenuação do caminho óptico.
Os sinais são transmitidos upstream e downstream através do meio de transmissão. A transmissão bidireccional é
realizada através da técnica de multiplexagem por divisão de comprimento de onda (WDM), empregando
comprimentos de onda nas regiões de 1310 nm e 1550 nm em uma única fibra, ou por transmissão unidireccional
em um cada de duas fibras (transmissão simples) na região de 1310 nm.
A codificação de linha uspstream e downstream é NRZ, em que o nível elevado de luz corresponde ao 1 binário e o
nível baixo ao 0 binário.
Na direcção downstream a gama de gama de comprimentos de onda para em fibra única deverá ser de 1480 nm a
1580 nm. Com duas fibras deverá ser na gama de 1260 nm to 1360 nm. Na direcção upstream a gama de gama de
comprimentos de onda deverá ser de 1260 nm a 1360 nm.
3.4 Camada Convergência de Transmissão para ATM-PON
Na tabela seguinte apresentam-se os requisitos básicos da camada de Convergência de Transmissão para ATMPON.
Tabela 4: Requisitos da camada TC de ATM-PON
Cell rate decoupling
I.432.1
Correcção de erros do HEC
I.432.1
Número máximo de caminhos virtuais por PON
4 096
Capacidade mínima de endereçamento
64 ONUs
As PON podem usar os 12 bits de endereço do campo VP do cabeçalho das células ATM, tal como é usado na
interface VB5, (Figura 14). Os valores de VPI na PON não têm de ser iguais aos valores de VPI na VB5 porque o
OLT tem funcionalidades de cross-connect. O limite de até 4096 VPs evita grandes tabelas na ONU e permite o uso
eficiente dos recursos da PON.
Figura 13 - Utilização de VP na PON
O sinal downstream é difundido (broadcast) a todas as ONUs na PON. Cada transmissão upstream de cada ONU é
controlada pela OLT e é concedido pelo downstream usando a técnica de multiplexagem por divisão no tempo
(TDMA). Deve ser minimizado o overhead da trama de transmissão para maximizar a capacidade dos canais
downstream e upstream. O sistema deve ter capacidade para garantir o transporte de informação de desempenho do
sistema e as funções de OAM. É expectável que o sistema tenha uma capacidade do payload equivalente a uma
capacidade VC4 de SDH no canal downstream da APON.
Redes de Acesso: Parte E – Redes de Acesso em Fibra Óptica, IST, Março 2005
14
Na interface downstream são transferidas células ATM de informação, de sinalização, gestão e células vazias de
preenchimento de canal. A capacidade de transferência para a interface de 155.52 Mbit/s é 149.97 Mbit/s (155.52 x
54/56). A capacidade de transferência para a interface de 622.08 Mbit/s é 599.86 Mbit/s.
Na interface upstream são transferidas células ATM de informação, as células PLOAM, as unidades do acesso do
pedido (RAUs) para o canal MAC e os bytes de overhead que são adicionados à frente de cada célula ATM,
PLOAM ou RAU. A capacidade de transferência para a interface de 155.52 Mbit/s tem um limite superior de 147.2
Mbit/s (155.52 x 53/56 Mbit/s). É atribuída pelo OLT uma largura de banda extra para o canal upstream para o
PLOAM, o para o canal MAC. A capacidade upstream é partilhada entre as ONUs com base nas respectivas bandas
atribuídas.
3.4.1
Estrutura da trama TC
A estrutura downstream da interface para 155.52 Mbit/s e 622.08 Mbit/s consiste numa sequência contínua de
timeslots, em que cada timeslot contém 53 octetos de uma célula ATM ou uma célula PLOAM. Cada 28 timeslots é
introduzida uma célula PLOAM.
Na interface de 155 Mbit/s a trama downstream contém 2 células PLOAM e tem comprimento de 56 slots. Para a
interface de 622 Mbit/s a trama downstream contém 8 células PLOAM e tem comprimento de 224 slots.
Trama PON simétrica de 155 Mbit/s
Na direcção upstream a trama contém 53 slots de 56 bytes. A OLT pede à ONU para transmitir uma célula ATM
através das concessões feitas nas células downstream PLOAM. Com ritmo programável, a OLT pede a uma ONU
para transmitir uma célula PLOAM ou um minislot. O débito upstream de PLOAM depende da funcionalidade
requerida contida nas células PLOAM. O débito mínimo por ONU é uma célula PLOAM cada 100 ms. O OLT
define a largura de banda atribuída aos minislots uspstream.
As células de PLOAM são usadas para transportar a informação OAM da camada física. Para além disso elas
transportam as concessões usadas pelas pelas ONUs para o acesso upstream.
Um divided_slot ocupa um slot temporal upstream completo e contém um número de minislots de um conjunto de
ONUs. O protocolo MAC usa-os para transferir para o OLT o estado das filas dos ONUs, a fim executar uma
atribuição dinâmica da largura de banda.
O formato da trama downstream e upstream para a PON simétrica é mostrado na Figura 14.
Figura 14 - Formato de trama para PON a 155.52 Mbps
Os bytes de overhead da trama upstream são listados na tabela seguinte.
Redes de Acesso: Parte E – Redes de Acesso em Fibra Óptica, IST, Março 2005
15
Tabela 5 - Bytes de overhead da trama upstream
Campo
Objectivo
Guard time
Proporciona distância entre duas células ou dois minislots consecutivos para
evitar colisões.
Preamble
Extrai a fase da célula ou do minislot recebido em relação ao sincronismo
local do OLT, e/ou adquire a sincronização de bit e a recuperação da
amplitude.
Delimiter
Um teste padrão único que indica o começo da célula ATM ou do minislot,
que pode ser usado para sincronização de byte.
O comprimento mínimo do tempo de guarda é 4 bits. O oberhead total é 24 bits. O comprimento do tempo de
guarda, o padrão de teste do preamble e o teste padrão do delimitador são programáveis sob controlo do OLT. O
conteúdo destes campos é definido pela mensagem de Upstream_overhead nas células downstream de PLOAM.
Trama PON assimétrica de 622/155 Mbit/s
Na trama PON para 622/155 Mbit/s o ritmo downstream é exactamente quatro vezes o da PON simétrica, tal como
se mostra na Figura 15.
Figura 15 - Formato de trama para PON de 622.08 Mbps/155Mbps
3.4.2
Downstream PLOAM structure
A I.432.1 identifica três tipos de fluxos PLOAM transportados por células de manutenção usando um padrão
específico no cabeçalho. O fluxo F3 especifica o padrão do cabeçalho ATM para o nível path (VP) como: 00000000
00000000 00000000 00001001 HEC=01101010.
A tabela 6 mostra o conteúdo da célula PLOAM downstream. O número que antecede o nome do campo indica a
posição do campo na célula, de 1 a 48 bytes.
Redes de Acesso: Parte E – Redes de Acesso em Fibra Óptica, IST, Março 2005
16
Tabela 6 – Conteúdo da célula PLOAM downstream
1 IDENT
13 GRANT9
25 GRANT20
37 MESSAGE_FIELD1
2 SYNC1
14 GRANT10
26 GRANT21
38 MESSAGE_FIELD2
3 SYNC2
15 GRANT11
27 CRC
39 MESSAGE_FIELD3
4 GRANT1
16 GRANT12
28 GRANT22
40 MESSAGE_FIELD4
5 GRANT2
17 GRANT13
29 GRANT23
41 MESSAGE_FIELD5
6 GRANT3
18 GRANT14
30 GRANT24
42 MESSAGE_FIELD6
7 GRANT4
19 CRC
31 GRANT25
43 MESSAGE_FIELD7
8 GRANT5
20 GRANT15
32 GRANT26
44 MESSAGE_FIELD8
9 GRANT6
21 GRANT16
33 GRANT27
45 MESSAGE_FIELD9
10 GRANT7
22 GRANT17
34 CRC
11 CRC
23 GRANT18
35 MESSAGE_PON_ID
46
MESSAGE_FIELD10
12 GRANT8
24 GRANT19
36 MESSAGE_ID
47 CRC
48 BIP
Cada célula PLOAM é preenchida com 27 concessões (grants). Estas concessões são usadas pela ONUs para o
acesso na fibra upstream. Por cada trama são necessários 53 concessões, as quais são inseridas nas primeiras duas
células de PLOAM do frame downstream. Todas as 53 concessões são activas (non-idle). A última concessão da
segunda célula de PLOAM é preenchida com uma concessão inactiva (idle). Todos da concessão os campos das seis
células restantes de PLOAM para o caso assimétrico são preenchidas com as concessões inactivas e portanto não
serão usados pela ONU. O comprimento de uma concessão é de 8 bit. Os tipos seguintes são definidos na Tabela 7.
Tabela 7 – Especificação das concessões (grants)
Tipo
Codificação
Definição
Data grant
Qualquer valor Para indicar uma concessão de dados upstream específica de uma ONU.
excepto:
O valor da concessão de dados é atribuído à ONU durante o protocolo
11111101
ranging com a mensagem de grant_allocation. A ONU pode enviar uma
célula de dados ou uma pilha inactiva se não tiver célula de dados
11111110
disponível.
11111111
PLOAM grant
Qualquer valor Para indicar uma concessão PLOAM upstream específica de uma ONU.
excepto:
O valor da concessão da PLOAM é atribuído à ONU durante o protocolo
11111101
ranging com a mensagem de grant_allocation. A ONU envia sempre uma
célula PLOAM em resposta a esta concessão.
11111110
11111111
Divided_slot
grant
Qualquer valor Para indicar uma concessão de um divided_slot upstream a um grupo
excepto:
específico de ONUs. O OLT atribui a concessão a um grupo de ONUs
usando a mensagem de Divided_slot_grant_configuration. Cada ONU
11111101
deste conjunto emite um minislot.
11111110
11111111
Reserved
grants
Qualquer valor Numa versão posterior outros tipos da concessão serão usados para
excepto:
concessões específicas de dados (por exemplo para endereçar uma
interface específica de uma ONU ou a uma classe específica de QoS).
11111101
11111110
Redes de Acesso: Parte E – Redes de Acesso em Fibra Óptica, IST, Março 2005
17
11111111
Ranging grant
11111101
Usado no processo de ranging. A condição para reagir a esta concessão é
descrita no protocolo ranging.
Unassigned
grant
11111110
Para indicar um slot upstream não utilizado.
Idle grant
11111111
Para desacoplar o ritmo do PLOAM downstream do débito de células
upstream. Estas concessões são ignoradas pelo ONU
O CRC é utilizado para detecção de erros nos grants. Cada CRC protege um grupo de 7 grants. O polinómio gerador
de CRC é: g(x) = x8 + x2 + x + 1. Este polinómio pode proteger até 15 bytes e tem uma distância de Hamming de 4,
podendo detectar erros até 3 bit mas sem possibilidade de correcção.
Os campos MESSAGE_Field transportam os alarmes ou alertas relacionados com OAM provocados por eventos
são transportados através das mensagens nas células PLOAM. Todas as mensagens relacionadas com ranging
também são enviadas no campo da mensagem da célula PLOAM. O processamento de uma mensagem recebida no
ONU que se relaciona com o procedimento de ranging deve ser completado até ao máximo do período de 6 tramas
(6 x Tframe). Estas mensagens também são protegidas por um CRC igual ao das concessões. Se o CRC for recebido
com erro a mensagem é rejeitada.
O campo Bit Interleaved Parity (BIP) é usado para monitorização do BER no canal downstream. Um BIP8 de um
octeto em cada célula PLOAM cobre (28 × 53) -1 bytes = 1483 bytes entre dois BIPs consecutivos. Cada um dos
bits do octeto BIP8 é o ou exclusivo de todos os bits da mesma posição em todos os octetos cobertos, antes de
scrambling. A ONU compara os BIP8 recebidos com os calculados com base nos octetos recebidos. Cada bit que
seja diferente é contado, sendo uma boa estimativa do BER verdadeiro, para taxas de erro inferiores a 10-4.
3.4.3
Upstream PLOAM structure
A Tabela 8 mostra o conteúdo da célula PLOAM upstream. O número que antecede o nome do campo indica a
posição do campo na célula, de 1 a 48 bytes.
Tabela 8 – Conteúdo da célula PLOAM upstream
1 IDENT
13 MESSAGE_FIELD10
25 LCF11
37 RXCF6
2 MESSAGE_PON_ID
14 CRC
26 LCF12
38 RXCF7
3 MESSAGE_ID
15 LCF1
27 LCF13
39 RXCF8
4 MESSAGE_FIELD1
16 LCF2
28 LCF14
40 RXCF9
5 MESSAGE_FIELD2
17 LCF3
29 LCF15
41 RXCF10
6 MESSAGE_FIELD3
18 LCF4
30 LCF16
42 RXCF11
7 MESSAGE_FIELD4
19 LCF5
31 LCF17
43 RXCF12
8 MESSAGE_FIELD5
20 LCF6
32 RXCF1
44 RXCF13
9 MESSAGE_FIELD6
21 LCF7
33 RXCF2
45 RXCF14
10 MESSAGE_FIELD7
22 LCF8
34 RXCF3
46 RXCF15
11 MESSAGE_FIELD8
23 LCF9
35 RXCF4
47 RXCF16
12 MESSAGE_FIELD9
24 LCF10
36 RXCF5
48 BIP
As células PLOAM são terminadas na camada Transport Specific TC da OLT. O conteúdo das células PLOAM é
processado desde que a ONUi esteja sincronizada.
Os campos MESSAGE_Field transportam os alarmes ou alertas relacionados com OAM, de modo análogo ao canal
upstream.
O campo BIP é usado para monitorização do BER no canal upstream, de modo análogo ao do canal downstream.
Redes de Acesso: Parte E – Redes de Acesso em Fibra Óptica, IST, Março 2005
18
Um byte BIP da célula PLOAM é calculado pelo ONU sobre todos os bytes das células enviadas entre dois BIPs
consecutivos, exceptuando os bytes de cabeçalhos e os minislots. Tal como no caso downstream, cada dos bits do
byte BIP é o ou exclusivo de todos os bits mesma posição em todos os bytes cobertos, antes de scrambling. A
cobertura do BIP8 depende do número de células entre dois PLOAMs consecutivos, logo da largura de banda
atribuída à ONU. Visto que é a OLT que define o débito de uma cada ONU, pode aumentar esse débito para ter uma
maior exactidão das medidas de BER.
O campo Laser Control Field (LCF) é usado manter a potência óptica média especificada. Este campo é
programado pela ONU pois é ele depende da implementação específica do driver do laser upstream.
O campo Receiver Control (RXCF) é usado no receptor upstream da OLT para recuperar o nível correcto de dados
do sinal analógico de entrada. A OLT programa o padrão de teste usando a mensagem de Upstream_Rx_control.
Os Divided_slots podem existir num slot upstream e contêm um número de minislots provenientes de um conjunto
de ONUs. A OLT atribui o divided_slot a este conjunto de ONUs para que elas emitam o seu minislot. O formato
do divided_slot é mostrado na Figura 16.
Figura 16 - Formato de Slot dividido
Devido à natureza do multicast da PON, as células downstream são cifradas (churned) com uma chave emitida
upstream pela ONU. A cifra é executada para ligações downstream ponto-a-ponto e pode ser activada ou
desactivada por VP na configuração inicial. A taxa de actualização da chave é de pelo menos 1 segundo por ONU.
A função do churn usa uma chave de 3 bytes, a qual é fornecida pelo ONU a pedido da OLT. Esta chave é calculada
através do ou exclusivo de um número aleatória de 3 bytes com 3 octetos extraídos dos dados upstream do
utilizador, para aumentar a segurança. Os 3 bytes do código são definidos como X1 a X8, P1 a P16.
Como se disse acima, a chave de churning é fornecida pelo ONU no pedido da OLT. O processo começa após a
recepção da primeira chave de uma determinada ONU. O fluxo da mensagem churning é mostrado na Figura 17.
Redes de Acesso: Parte E – Redes de Acesso em Fibra Óptica, IST, Março 2005
19
Figura 17 - Fluxo de mensagens de “churn”
Após recepção da nova mensagem new_key_request, a ONU responde com um new_churning_key. O ONU emite
a esta mensagem 3 vezes consecutivas. Se o OLT receber 3 chaves novas idênticas, emite a um
churning_key_update 3 vezes em 3 células PLOAM com um intervalo apropriado de 32 x Tploams entre elas para
protecção contra perda das mensagens. Estas mensagens têm a prioridade mais elevada em relação a todas as outras
mensagens. O número de seqüência a mensagem (i) é incluído nestas mensagens. Se pelo menos uma destas
mensagens for recebido, o ONU sabe quando a chave nova é activada na OLT pois o atraso das mensagens é a
priori conhecido. A nova chave fica válida 32 x Tploam após a terceira mensagem do churning_key_update. O
ONU envia 3 confirmações após ter recebido qualquer uma das 3 mensagens de actualização de chave. Se o OLT
não receber nenhuma confirmação de recepção após um intervalo de 300 ms após ter emitido a última mensagem do
churning_key_update, o OLT activa o estado de Loss of Acknowledge (LOAi) para esta ONU. O OLT indica ao
ONU que VPs churned que emite à mensagem do churned_VP 3 vezes. Espera reconhecer antes de passar este VP
rio abaixo ao ONU. Se nenhum reconheça estiver recebido dentro do ms 300 após ter emitido a última mensagem
do churned_VP, o OLT detectar o estado de LOAi.
3.4.4
Protocolo MAC
O controlador do MAC no OLT atribui a largura de banda upstream na PON entre as ONUs de uma maneira justa e
necessita de informação executar esta tarefa. O ONU mapeia a informação requerida no campo do payload do
minislot que é parte de um Divided_slot. É permitido à ONU enviar este minislot após ter recebido uma concessão
correspondente do divided_slot. Esta concessão é estabelecida ou libertada usando a mensagem de
Divided_Slot_Grant_configuration. O comprimento e o offset do minislot são enviados na mesma mensagem.
3.4.5
Funçôes TC específicas de ATM
No canal downstream as células ATM são definidas de acordo com as normas internacionais, nomeadamente de
acordo com a ITU-T I.361. O controlo de erros do cabeçalho e o delineamento de células são definidas de acordo
com a I.432.1. As operações de scrambler são também definidas de acordo com a I.432.1, sendo utilizado método
de scrambler de células distribuído para sistemas de transporte baseado em células. As células idle, também
definidas de acordo com a I.432.1, são inseridas na OLT e descartadas pela ONU para desacoplamento de ritmo de
células. As células PLOAM, identificadas por um cabeçalho específico, são igualmente descartadas na ONU.
No canal upstream o formato das células ATM e o controlo de erros do cabeçalho são igualmente definidas de
acordo com as normas internacionais, nomeadamente de acordo com a ITU-T I.361.
Delineamento de células
Redes de Acesso: Parte E – Redes de Acesso em Fibra Óptica, IST, Março 2005
20
Como no canal upstream as células provenientes das diferentes ONUs chegam à OLT com fases diferentes, o OLT
mantém n diagramas de estado, um para cada uma das ONUs activas. A Figura 18 mostra o diagrama de estados de
um ONU.
Figura 18 - Diagrama de estados de delineamento de células
Inicialmente o delineamento de célula é efectuado pelo método ranging. A ONU ajusta o tempo de ida e volta
(RTT) para fazer a célula chegar no instante correcto à OLT. O processo ranging pode ser visto como o estado
HUNT como definido na recomendação I.432.1. Após uma célula com HEC correcto ser detectado, o ONU é
declarado sincronizado. Se forem detectados 8 HECs consecutivos incorrectos o ONU é declarado fora da
sincronização (LCDi, loss of cell delineation) e ele será desactivado e reranged. As concessões em curso para esta
ONU serão descartadas.
Operação de scrambler
As células upstream são scrambled com um polinómio gerador x9 + x4 + 1, sendo inicializado todo a 1 lógico. Este
padrão é somado módulo 2 a cada célula ou ao minislot upstream, excluindo os octetos dos cabeçalhos.
Figura 19 - Upstream scrambler
3.5 Arquitectura funcional de alternativas para evolução da ODN
A arquitectura funcional apresentada na figura seguinte mostra várias alternativas possíveis para a evolução da
ODN.
O suporte de serviços de banda larga (incluindo distributivos e interactivos) e de banda estreita na mesma ODN
pode ser conseguida em camadas diferentes, e consequentemente com graus diferentes de integração.
Redes de Acesso: Parte E – Redes de Acesso em Fibra Óptica, IST, Março 2005
21
Figura 20 - Arquitectura funcional de alternativas de ODN
Partindo da camada mais baixa, o suporte de serviços diferentes pode ser conseguido usando a mesma infraestrutura física (as mesmos caleiras, o mesmo cabo de fibra) mas fibras diferentes. Isto é mostrado na figura na
medium sublayer. O nível baixo da integração implica a utilização de sistemas de transmissão diferentes para
serviços diferentes.
A segunda alternativa consiste na utilização de comprimentos de onda diferentes, na camada óptica, usando ainda
sistemas diferentes de transmissão para os serviços diferentes.
A terceira alternativa consiste na utilização de um subsistema comum de transmissão óptica (a mesma infraestrutura, um comprimento de onda óptico único, uma estrutura de trama única), em cima do qual o protocolo de
adaptação de transmissão (Transmision Protocol Adaptation) consegue incluir quer "bytes" (incluindo
nomeadamente canais de vídeo digital codificados) e células ATM. A função do protocolo de adaptação de
transmissão pode também consistir na modulação analógica de um serviço digital ou canal CCIR, podendo assim
constatar-se a diversidade de opções que este protocolo pode ter.
A quarta alternativa consiste na utilização de ATM (e naturalmente de um subsistema comum de transmissão óptica,
de um único formato de fibra, de um único protocolo de adaptação de Transmissão ATM) como um portador
comum para todos os outros tipos de serviços. A arquitectura inclui as camadas VP e VC, no topo das quais são
suportados os serviços através da camada de adaptação ATM (AAL) adequada.
3.6 Evolução de OAN baseada em sistemas de transmissão HFC
Nesta secção analisam-se os elementos principais da rede de um sistema HFC, nomeadamente os componentes
ópticos. São considerados dois tipos de sistemas HFC:
1) sistemas de acordo com as especificações DVB, com transmissão downstream baseado em MPEG2 TS
(Transport Stream), como em EN 300 429 (excluindo transmissão upstream);
2) sistemas de acordo com as especificações DAVIC, incluindo transmissão upstream, baseado em TDMA para o
acesso à largura de faixa atribuída, e modulação QPSK (DAVIC 1.0 Parte 8).
3.6.1
Sistema de distribuição HFC unidireccional
A configuração de referência de um sistema de distribuição HFC, que só transporta dados do serviço ao utilizador
na direcção downstream, é mostrada na figura seguinte.
Redes de Acesso: Parte E – Redes de Acesso em Fibra Óptica, IST, Março 2005
22
Figura 21 - Configuração de referência de sistema de distribuição HFC
O OLT HFC é constituído por dois blocos funcionais principais, o módulo de interface com as funções distributivas
e o módulo de interface com a camada física da rede de acesso.
3.6.2
Sistema HFC MPEG-2 bidireccional
A figura seguinte mostra a configuração de referência de um sistema HFC bidireccional com MPEG-2 TS para a
parte digital da convergência de transmissão sobre a rede de acesso.
Figura 22 - Configuração de referência de sistema HFC MPEG-2
A OLT inclui os seguintes blocos principais:
- Funções de terminação de VB5 ATM, fornecendo interoperabilidade com o comutador ATM;
- Funções de terminação da interface distributiva para interoperabilidade com o OLT;
- Funções de interfuncionamento com ATM/MPEG-2, terminando a conexão ATM e convertendo-as em fluxos
MPEG-2 TS;
- Funções da camada física específicas da rede de acesso, permitindo transmissão bidireccional sobre a rede de
acesso HFC.
O sistema de HFC inclui neste caso transmissão upstream de dados do utilizador, permitindo o provisionamento de
serviços interactivos. Esta transmissão é baseada no protocolo TDMA e na modulação QPSK, de acordo com
especificações DAVIC. A transmissão downstream da informação associada ao protocolo TDMA ocorre usando
uma portadora diferente da usada para a informação do utilizador.
3.6.3
Sistema HFC baseado em ATM
Este sistema é bidireccional e utiliza ATM para a convergência de transmissão de serviços interactivos. Os serviços
distributivos podem ainda ser transportados usando portadoras diferentes usando MPEG-2 TS sobre diferentes
Redes de Acesso: Parte E – Redes de Acesso em Fibra Óptica, IST, Março 2005
23
portadoras, como especificado em IEEE 802.14 Draft. A correspondente configuração de referência é mostrada na
figura seguinte.
Figura 23 - Configuração de referência para sistema HFC baseado em ATM
A OLT inclui neste caso os seguintes blocos principais:
- Funções de terminação de VB5 ATM, garantindo a interoperação com o comutador ATM;
- Funções de terminação da interface distributiva para interoperabilidade com o OLT;
- Funções da camada física específicas da rede de acesso, permitindo transmissão bidireccional sobre a rede de
acesso HFC.
A multiplexagem de serviços interactivos ATM e de serviços distributivos ocorre no nível da portadora.
3.6.4
Sistemas overlay HFC e FTTB/C
No exemplo de uma rede existente de HFC para serviços de difusão com transmissão analógica, é possível sobrepôla (overlay) com uma rede de FTTC/B a fim de fornecer serviços interactivos digitais adicionais, garantindo o
investimento precedente da rede HFC.
A integração dos serviços pode ser feita num ponto de multiplexagem (combinador). Neste ponto os diferentes
sinais que provêm de diferentes media/sistemas são multiplexados num único meio para transporte dos diferentes
serviços aos utilizadores de uma forma integrada (de modo passivo ou activo), tal como se mostra na Figura 24.
Figura 24 - Overlay de redes FTTB/C e HFC
Onde as redes HFC e FTTB/C são sobrepostas, é possível multiplexar os sinais análogos que provêm de uma rede
HFC e os sinais digitais que vêm de uma rede FTTB/C no mesmo cabo coaxial para o utilizador usando FDM.
Redes de Acesso: Parte E – Redes de Acesso em Fibra Óptica, IST, Março 2005
24
Neste caso a função do "combinador" podia ficar situada em qualquer ponto entre do segmento drop, entre a ONU e
os blocos funcionais do NT.
Esta solução permite a integração de sinais análogos de CATV e de sinais digitais interactivos de banda larga no
mesmo meio. O fornecimento de energia à ONU podia ser feito no mesmo cabo de alimentador coaxial usado para
transportar o sinal de RF.
4 Referências
[1] ETSI ETS 300 681, “Optical Distribution Network (ODN) for Optical Access Network (OAN)”, June 1997.
[2] ETSI TS 101 272, ”ATM Passive Optical Networks (PONs) and the transport of ATM over digital subscriber
lines”, June 1998.
[3] ITU-T Rec. G.983.1, "Broadband Optical Access Systems Based on Passive Optical Networks (PON)", 1998.
[4] ITU-T Rec. G.983.2, "ONT Management and Control Interface Specification for ATM-PON," 1999.
[5] ITU-T Rec. G.983.3, "Broadband Optical Access Systems with Increased Service Capability by Wavelength
Allocation", 2001.
[6] ITU-T Rec. G.984.1, "Gigabit-capable Passive Optical Networks (GPON): General characteristics”, March
2003.
[7] ITU-T Rec. G.984.2, "Gigabit-capable Passive Optical Networks (GPON): Physical Media Dependent (PMD)
layer specification”, March 2003.
[8] ITU-T Rec. G.984.3, "Gigabit-capable Passive Optical Networks (G-PON): Transmission convergence layer
specification”, February 2004.
[9] ITU-T Rec. G.984.4, " Gigabit-capable Passive Optical Networks (G-PON): ONT management and control
interface specification”, June 2004.
[10] ITU-T Rec. G.985, "100 Mbit/s point-to-point Ethernet based optical access system”, March 2003.
[11] ITU-T Rec. I.321, " B-ISDN protocol reference model and its application”, April 1991.
[12] ITU-T Rec. I.732, " Functional characteristics of ATM equipment”, March 1996.
Redes de Acesso: Parte E – Redes de Acesso em Fibra Óptica, IST, Março 2005
25
Acrónimos
AF
Adaptation Function
AAL
ATM Adaptation Layer
APON
ATM PON
ATM
Asynchronous Transfer Mode
BER
Bit Error Ratio
BIP
Bit Interleaved Parity
BISDN
Broadband Integrated Services Digital Network
CATV
Community Antenna Television / Cable Television
CCIR
Consultative Committee for International Radio
CRC
Cyclic Redundancy Check
DAVIC
Digital Audio Visual Council
DVB
Digital Video Broadcast
EPON
Ethernet PON
ETSI
European Telecommunications Standards Institute
FDM
Frequency-division multiplexing
FSAN
Full Services Access Networks
FTTB
Fibre to the Building
FTTC
Fibre to the Curb / Cabinet
FTTH
Fibre to the Home
GPON
Gigabit-capable Passive Optical Networks
HEC
Header Error Control
HFC
Hybrid Fiber Coax
IEEE
Institute of Electrical and Electronics Engineers
IF
Interface
ITU-T
International Telecommunication Union - Telecommunication Sector
LCD
Loss of Cell Delineation
LCF
Laser Control Field
LOA
Loss of Acknowledge
MAC
Media Access Control
MPEG
Moving Picture Experts Group
NT
Network Termination
OAM
Operation and Maintenance
OAN
Optical Access Network
OBD
Optical Branching Device
ODN
Optical Distribution Network
OLT
Optical Line Termination
ONU
Optical Network Unit
Redes de Acesso: Parte E – Redes de Acesso em Fibra Óptica, IST, Março 2005
26
PLOAM
Physical Layer OAM
PMD
Physical Media Dependent
PON
Passive Optical Network
QoS
Quality of Service
QPSK
Quadrature Phase-Shift Keying
RAU
Request Access Unit
RF
Radio Frequency
R/S
Receive/Send reference points
RTT
Round Trip Time
RXCF
Receiver Control Field
SDM
Space Division Multiplexing
SNI
Service Node Interface
STB
Set Top Box
TC
Transmission Convergence
TCM
Time Compression Multiplexing
TDMA
Time Division Multiple Access
TS
Transport Stream
UNI
User Network Interface
VC
Virtual Channel
VoD
Video on Demand
VP
Virtual Path
VPI
Virtual Path Identifier
WDM
Wavelength Division Multiplexing
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